客滾連接橋升級改造設計

劉職榮

摘要：客滾橋是連接客滾船與岸壁的重要設施，為適應業(yè)務發(fā)展需要，大連港集團客運總公司決定將大連灣港區(qū)17#泊位已有的客滾橋能力由100t提升至120t。本文介紹了利用ALGOR有限元分析軟件對客滾橋的整體結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部位建模分析、優(yōu)化設計。本著經(jīng)濟適用、安全可靠、維修方便等原則，確?？蜐L橋升級改造的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：港口;客滾橋;ALGOR軟件;升級改造

隨著客滾運輸量的增多、滾裝車載貨量的增加和船舶大型化、專業(yè)化、現(xiàn)代化程度的不斷提高，原有的客滾橋承載能力已不能滿足大噸位車輛裝卸的要求，新建或改擴建大噸位客滾橋已成為必然趨勢。根據(jù)用戶需求，結(jié)合目前大噸位運輸車輛載貨能力，決定升級改造現(xiàn)有客滾橋使其承載能力達到120t。

1.橋體結(jié)構(gòu)形式

現(xiàn)有客滾橋為2011年新建設備，為開式上承平臺、全長24m、最大寬度16m、最小寬度8m、設計荷載為100t。

設備由橋體、拱門桅柱、安全鎖定裝置、導向裝置、液壓系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等部件組成。橋體后部鉸接于橋臺上，前部由液壓缸懸吊于拱門桅柱的外伸臂上，拱門桅柱焊接于桅柱墩上表面。通過自控及液壓系統(tǒng)驅(qū)動液壓缸的伸縮帶動橋體上仰及下俯，以適應不同船型、潮位、吃水時滾裝作業(yè)的要求。

2.設計依據(jù)

經(jīng)市場調(diào)研，120t重載車總長為16m～22m、輪間距約2m、各軸荷載比例1：3：6、結(jié)構(gòu)安全系統(tǒng)1.48、動載系數(shù)1.3。

3.結(jié)構(gòu)校核及改造設計

由于此設備的水工結(jié)構(gòu)已建成、設備已投產(chǎn)使用。設備的升級改造應以改動量少、節(jié)省投資為目的。

具體結(jié)構(gòu)分析采用ALGOR20.4有限元分析軟件，采用板單元和梁單元，計算輸入?yún)?shù)取Q235（質(zhì)量密度為7.85x10-9、彈性模量為2x105、泊松比為0.3），主材類型為工字鋼。

3.1重載車下船偏載情況校核

重載車下船偏載，此時液壓缸吊點處所受到的力最大，約為146t，經(jīng)液壓缸生產(chǎn)廠家核算，液壓缸滿足使用要求。

3.2重載車上船情況校核

重載車處于上船狀態(tài)，車頭已越過橋板，假設此時車頭懸空，兩前輪的重量移到中軸，此工況為最不利工況，經(jīng)核算最不利應力為173Mpa，如圖，發(fā)生在橋體前端梁，安全系數(shù)為1.36，不滿足要求，需對前端梁進行加固。

升級改造中考慮在原倒“T”梁的翼板焊接20mm厚的鋼板。經(jīng)復核，此時最不利應力降至為117 Mpa，安全系數(shù)為2，滿足要求。

橋體應力云圖

3.3尾梁校核

尾梁為箱型結(jié)構(gòu)，它的荷載除自重外，最大外荷載是重載車的后輪，考慮一定程度的沖擊，計算結(jié)果最不利應力為224Mpa，安全系數(shù)為1.05，不滿足要求，需對尾梁進行加固。

升級改造中考慮在原箱型梁底部加焊鋼板，使箱型梁增高130mm，增大箱形梁橫截面。經(jīng)復核，最不利應力降至155.4MPa，安全系數(shù)為1.51，滿足要求。

3.4桅柱校核

桅柱是呈直角相交的兩個箱形結(jié)構(gòu)，荷載是液壓缸重量、橋體重量、車輛荷載、自重，1/2拱門重，還有風荷載。最不利應力158 ，安全系數(shù)為1.49。由于建模時有部分簡化，實際受力情況要比計算結(jié)果好些，故滿足要求。

3.5鎖定銷校核

鎖定銷在完全伸出時加載，最不利應力為390Mpa，應力最大處是在與橋板上鎖定銷耳板孔緣相交處，材料選用40Cr合金鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，屈服極限不低于490 ?，安全系數(shù)為1.26，不滿足要求，需對鎖定銷進行改造。

升級改造時考慮在不調(diào)整鎖定板前提下加大鎖定銷直徑。經(jīng)復核，最不利應力為329MPa，安全系數(shù)為1.49，滿足要求。

3.6鎖定銷耳板校核

鎖定銷耳板與橋板起吊梁焊接部分的厚度為30 mm，上伸部分用一塊30 mm厚的相同材料并焊在一起，總厚度為60 mm，以降低局部應力。校核結(jié)果最大應力為277.5Mpa，安全系數(shù)為1.44，不滿足要求。

升級改造考慮鎖定銷直徑加大后，相應調(diào)整鎖定銷耳板及相應部件尺寸，最不利應力為248MPa，材料選用Q460c，屈服極限不低于400 ，安全系數(shù)為1.61，滿足要求。

3.7液壓缸鉸鏈校核

液壓缸鉸鏈分上下鉸鏈，上鉸鏈與桅柱焊接在一起，下鉸鏈受結(jié)構(gòu)限制只能直接焊在橋板起吊梁上，使焊縫處于直接受拉的不利狀態(tài)。

上鉸鏈每片耳板經(jīng)校核最不利應力為187.4 ，位置在孔的側(cè)壁上。由于原設計時就考慮到此鉸鏈是重要部件，而且在意外情況下施加其上的荷載有可能超過計算值，所以耳板材料選用Q460c，屈服極限不小于400 ?，焊接性也較好，安全系數(shù)為2.1，滿足要求。

下鉸鏈的直角角焊縫直接承受動力荷載，受通過焊縫形心的拉力作用，其強度計算公式為：

式中： —通過焊縫形心的拉力， ;

—角焊縫的計算厚度，一般取 ， 為較小焊角尺寸;

—角焊縫的計算長度，對每條焊縫取其實際長度減去10mm， 。

—角焊縫的許用剪切應力，

焊縫滿足強度要求。

4.結(jié)束語

本次升級改造是在原設計能力基礎(chǔ)上進行的。改造后經(jīng)相關(guān)單位的安裝調(diào)試和壓載試驗，證明其能力已提升至120t。經(jīng)近3年的實際運營，效果良好，大大加快了港口物流的發(fā)展。

參考文獻：

[1]《起重機設計規(guī)范》GB/T3811-2008

[2]張立明.《Algor、Ansys在橋梁工程中的應用方法與實例》北京：人民交通出版社，2003